哈尔滨工业大学物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
提出一种基于单光子阵列相机的激光测速方法，该方法可以在单光子量级的回波强度下，同时实现对目标横向速度和径向速度的测量。搭建了一套室内阵列测速激光雷达系统，验证了阵列时间相关单光子计数技术对运动目标进行横向和径向测速的可行性。通过信号预处理方法从空间和时间两个维度滤除背景噪声，利用质心检测和峰值检测确定目标的时变三维空间坐标，利用最小二乘法进行数据的线性拟合获得目标的横向和径向速度值。结果表明，帧积累数与最佳的测速性能有关。该方法可以在微弱的光照环境下实现对远距离运动目标的速度测量，未来还有望实现目标速度图像的获取，为远距离复杂运动目标的识别提供技术支撑。
成像系统 激光测速 时间相关单光子计数技术 单光子阵列相机 帧积累 激光与光电子学进展
2023, 60(8): 0811023
1 哈尔滨工业大学 物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 天津津航技术物理研究所，天津 300308
传统的激光雷达通常采用多普勒效应获得目标的径向速度，但是当回波信号低到单光子水平时就难以实现这种功能。文中探索利用时间相关单光子计数（TCSPC）技术实现测速的方法。搭建了一套高重频、高精度的TCSPC测速系统并开展了实验研究。结果表明，在一定的测速时长下测速误差与单次测距光子计数直接相关，在文中实验条件下单次测距光子计数在1000~5000个时测速误差达到最优。该方法未来有望代替多普勒测速方法，实现对远距离高速运动目标的测速。
激光雷达 TCSPC技术 测速 lidar TCSPC technology velocity measurement 红外与激光工程
2022, 51(10): 20220565
1 哈尔滨工业大学 物理学院，哈尔滨
2 空军装备部驻北京地区军事代表驻天津地区第三军事代表室，天津
采用时间相关单光子计数技术的激光雷达具有更高的灵敏度，而利用偏振探测技术可以增加对目标的识别能力。搭建了基于偏振检测的时间相关单光子计数成像系统，对不同材质、相同和不同深度的目标进行了成像。结果表明，在单脉冲回波光子数0.04个的情况下，能够利用偏振探测方法获得目标回波的偏振信息，且对比强度图像和深度图像，偏振图像中目标的边缘更加清晰。
偏振成像 时间相关单光子计数 光电探测 目标识别 polarization imaging time-correlated single-photon counting photoelectric detection target identification
1 哈尔滨工业大学 物理学院，黑龙江 哈尔滨 150001
2 天津津航技术物理研究所，天津 300308
综述了非视域三维成像激光雷达技术的研究现状及进展。首先介绍了非视域成像技术的产生背景和基本概念，从多种实现技术中选出最接近激光雷达构型的基于激光脉冲飞行时间测量的非视域成像技术作为文中的综述重点。然后分别从成像系统和成像算法两个方面对国内外的研究进展进行了分析总结，可以看出，未来采用SPAD面阵进行无扫描阵列式非视域成像已成为必然的趋势，而能够适配SPAD面阵的非共焦重构算法也将成为研究重点。这种激光成像雷达新体制未来在**侦察、安防反恐、无人驾驶、灾难救援等领域将有着极其广泛的应用前景。
激光雷达 非视域 飞行时间 SPAD面阵 lidar non-line-of-sight time of flight SPAD array 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210471
哈尔滨工业大学 物理学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
为了研究尾流中激光照明气泡幕的散射光强度和偏振的特性, 利用基于偏振光传输的蒙特卡洛模型, 对偏振激光入射含气泡群水体的三维空间分布模式进行仿真计算。研究了气泡和气泡群在不同气泡尺度, 不同散射角条件下的散射光强和偏振状态; 分析了气泡幕的气泡数密度, 厚度对于散射光强度和偏振状态的影响。研究表明, 散射光的强度和偏振度对气泡尺度和散射角较为敏感, 气泡尺度参数越大, 散射光强和偏振特征越趋向于集中在传输方向的小角度散射; 气泡幕的数密度和厚度越大, 散射光的强度随散射角度变化的敏感度下降, 退偏振效果增强。
气泡群 Mie散射 偏振 bubbles groups Mie scattering polarization 红外与激光工程
2020, 49(1): 0105006
哈尔滨工业大学物理系， 黑龙江 哈尔滨 150001
仿真研究有助于增益调制非扫描激光雷达系统设计的优化，并对其构成和成像原理进行分析。建立了增益调制非扫描激光雷达的理论模型，提出一个用于雷达成像的标准目标，根据所建立的理论模型和成像过程，编制了仿真软件，对增益调制非扫描激光雷达系统进行仿真模拟，并与实验结果进行对比。仿真实验结果与实验结果的一致性表明，仿真模型比较贴近实际，有助于增益调制非扫描激光雷达系统的方案设计和参数优化。
激光技术 激光雷达 增益调制 系统仿真 非扫描
1 哈尔滨工业大学,物理系,黑龙江,哈尔滨,150001
2 天津津航技术物理研究所,天津,300192
对激光多脉冲探测理论进行了分析,在考虑了影响探测的各种噪声及其分布特性的基础上,得到了激光多脉冲探测信噪比与脉冲积累次数的定量关系.利用计算机仿真模拟多脉冲探测,其结果与理论分析相符;在实验室条件下对多脉冲探测进行了研究,实验结果表明,在脉冲叠加数较少时,实验与理论符合得很好,当脉冲叠加数较多时,实验数据明显小于理想的数值,分析了出现这种偏差的原因及解决方案.激光多脉冲积累探测可以有效地提高激光探测的信噪比,应用积累探测的方式能有效地将激光探测的弱信号从强噪声背景中检测出来.
激光多脉冲积累探测 计算机模拟与实验 信噪比 弱信号检测
哈尔滨工业大学,物理系,黑龙江,哈尔滨,150001
激光成像雷达可以给出目标的多方面信息,从而具有较高的目标探测和目标识别能力.其中光学扫描系统的质量是保证获得高质量二维图像的前提,因此有必要对光学扫描器的扫描性能进行定量测试,在应用光学性能扫描测试装置检测激光雷达扫描系统性能时必须保证二者的光轴是对准的.针对激光成像雷达光学扫描性能测试系统,从理论上分析了可能存在的各种对准误差,详细讨论了对准误差对光学扫描测试系统性能的影响,给出了光学扫描测试系统各种对准误差的允许范围.
对准误差分析 激光雷达 光学扫描性能测试
1 哈尔滨工业大学,应用物理系,黑龙江,哈尔滨,150001
2 天津津航技术物理研究所,天津,300192
从直接探测激光雷达系统的建模、激光雷达仿真系统的研究、计算机仿真实验等方面介绍了进行激光雷达系统仿真设计的理论和实践.从虚警概率、探测概率、信噪比和阈值噪声比决定最大探测距离的这一角度阐述建立直接探测激光雷达模型;假设在直接检测方式下,探测器噪声可以用高斯概率密度函数表示;考虑了大气分子和气溶胶的吸收和散射作用;仿真系统参数输入中尽可能考虑了实际系统的各种参数要求.仿真实验表明仿真软件能够客观地反映直接探测激光雷达在不同条件下应该探测的结果.
激光雷达 直接探测 系统建模 仿真实验 Lidar Direct detection System modeling Simulation experiment
